FYZIOLOGICKÁ ADAPTÁCIA: ČO TO JE A PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2025

Fyziologická adaptácia je vlastnosť alebo charakteristika na úrovni fyziológie organizmu - nazývajú bunka, tkanivo alebo orgán -, ktorá zvyšuje jej biologickú účinnosť alebo kondície.

Vo fyziológii existujú tri pojmy, ktoré by sa nemali zamieňať: adaptácia, nastavenie a aklimatizácia. Prirodzený výber Charlesa Darwina je jediným známym mechanizmom, ktorý vedie k adaptáciám. Tento proces je zvyčajne pomalý a postupný.

Zdroj: pixabay.com

Je bežné, že adaptácia je zamieňaná s nastavením alebo aklimatizáciou. Prvý termín súvisí s variáciami na fyziologickej úrovni, hoci sa môže vyskytnúť aj v anatómii alebo biochémii v dôsledku vystavenia tela novému okolitému stavu, ako je napríklad extrémny chlad alebo teplo.

Aklimatizácia zahŕňa tie isté zmeny, ktoré sú opísané v pojme životné prostredie, iba že zmeny prostredia sú vyvolané výskumným pracovníkom v laboratóriu alebo v teréne. Aklimatizácia aj nastavenie sú zvratné javy.

Z čoho pozostáva?

Fyziologické adaptácie sú charakteristiky buniek, orgánov a tkanív, ktoré zvyšujú efektívnosť jednotlivcov, ktorí ju vlastnia, v porovnaní s tými, ktorí ju nemajú.

Keď hovoríme o „účinnosti“, máme na mysli výraz široko používaný v evolučnej biológii (tiež nazývaný darwinovská účinnosť alebo fitnes) súvisiaci so schopnosťou organizmov prežiť a rozmnožovať sa. Tento parameter možno rozdeliť na dve zložky: pravdepodobnosť prežitia a priemerný počet potomkov.

To znamená, že keď máme určité fyziologické vlastnosti, ktoré zvyšujú telesnú zdatnosť jednotlivcov, môžeme intuitívne povedať, že ide o adaptačnú vlastnosť.

Pri identifikácii prispôsobení musíme byť opatrní, pretože všetky vlastnosti, ktoré vidíme u zvieraťa, sa neprispôsobujú. Napríklad všetci vieme, že naša krv má žiarivú červenú farbu.

Táto vlastnosť nemá adaptívnu hodnotu a je iba chemickým dôsledkom. Krv je červená, pretože má molekulu nazývanú hemoglobín, ktorá je zodpovedná za transport kyslíka.

Ako môžeme konštatovať, že znak je fyziologická adaptácia?

Keď pozorujeme špecifickú charakteristiku organizmu, môžeme urobiť niekoľko hypotéz o jeho adaptívnom význame.

Napríklad niet pochýb o tom, že oči zvierat sú štruktúry, ktoré umožňujú zachytenie svetla. Ak použijeme poradie vyššie uvedených myšlienok, môžeme dospieť k záveru, že jednotlivci so štruktúrami, ktoré vnímajú svetlo, majú oproti svojim rovesníkom určitú výhodu, napríklad ľahké utiecť pred predátormi alebo ľahšie nájsť jedlo.

Podľa známeho evolučného biológa a paleontológa Stephena Jaya Goulda „by však nemalo byť akceptované žiadne vysvetlenie adaptívnej hodnoty postavy len preto, že je pravdepodobné a očarujúce“.

V skutočnosti je demonštrácia, že postavy sú prispôsobením, jednou z najvýznamnejších úloh evolučných biológov od čias Charlesa Darwina.

Príklady

Tráviace systémy v lietajúcich stavovcoch

Lietajúce stavovce, vtáky a netopiere čelia základnej výzve: prekonať gravitačnú silu, aby sa mohla pohybovať.

Tieto organizmy majú teda jedinečné vlastnosti, ktoré nenájdeme v inej skupine stavovcov, ktorých spôsob pohybu je čisto suchozemský, napríklad myš.

Modifikácie týchto zvláštnych stavovcov sa pohybujú od ľahkých kostí s vnútornými dierami až po značné zníženie veľkosti mozgu.

Podľa literatúry je jedným z najdôležitejších selektívnych tlakov, ktoré formovali túto skupinu zvierat, potreba znížiť jej hmotnosť, aby sa zvýšila účinnosť letu.

Predpokladá sa, že tráviaci systém bol formovaný týmito silami a uprednostňoval jednotlivcov s kratšími črevami, čo by počas letu znamenalo menšiu hmotnosť.

Avšak pri redukcii čriev prichádza ďalšia komplikácia: asimilácia živín. Pretože existuje menšia absorpčná plocha, môžeme intuitívne ovplyvniť príjem živín. Nedávny výskum ukázal, že sa tak nestane.

Podľa Caviedes - Vidal (2008) existuje paracelulárna absorpčná cesta, ktorá kompenzuje pokles tkaniva čreva. Na dosiahnutie týchto záverov autori skúmali absorpčné cesty v črevách netopiera Artibeus lituratus.

Prispôsobenie rastlín suchým prostrediam

Keď sú rastliny vystavené nepriaznivým podmienkam prostredia, nemôžu sa presťahovať na iné miesta s lepšou situáciou, ako by mohol vták, ktorý migruje do teplých oblastí, uniknúť tepelnému stresu v zime.

Z tohto dôvodu majú rôzne druhy rastlín úpravy, vrátane fyziologických, ktoré im umožňujú čeliť nepriaznivým podmienkam, napríklad suchu v púšti.

Existujú stromy so zvlášť rozsiahlymi koreňovými systémami (koreňmi), ktoré im umožňujú vziať vodu z hlbokých nádrží.

Predstavujú aj alternatívne metabolické cesty, ktoré pomáhajú znižovať stratu vody. Medzi týmito cestami máme rastliny C4, ktoré znižujú fenomén fotorezirácie vďaka priestorovej separácii Calvinovho cyklu a fixácii oxidu uhličitého.

Fotorespirácia je alternatívna cesta, ktorá neposkytuje žiadny zisk, a vyskytuje sa, keď enzým RuBisCO (ribulóza-1,5-bisfosfátkarboxyláza / oxygenáza) používa kyslík a nie oxid uhličitý.

Rastliny CAM (metabolizmus kyseliny crassulaceae) spomaľujú proces fotorezpirácie a umožňujú dočasné zníženie straty vody vďaka dočasnej separácii.

Nemrznúce proteíny v tele tele

Niekoľko druhov morských teleštičiek (patriacich do infračervenej triedy Teleostei) dosiahlo sériu úžasných úprav, aby sa mohli vyvíjať v prostrediach s nízkymi teplotami.

Tieto fyziologické úpravy zahŕňajú produkciu nemrznúcich proteínov a glykoproteínov. Tieto molekuly sa produkujú v pečeni rýb a vyvážajú sa do krvného obehu, aby plnili svoju funkciu.

Podľa biochemického zloženia proteínov sa rozlišujú štyri skupiny. Okrem toho nie všetky druhy majú rovnaký mechanizmus: niektoré syntetizujú proteíny skôr, ako sú vystavené nízkym teplotám, iné to robia v reakcii na tepelné podnety, zatiaľ čo iná skupina ich syntetizuje počas celého roka.

Vďaka koligatívnym účinkom roztokov sa pri pridávaní ďalších solutov do plazmy teplota, pri ktorej zamrzne, výrazne znižuje. Naopak, tkanivá rýb, ktoré nemajú tento typ ochrany, sa začnú zmrazovať, keď teplota dosiahne 0 ° C.

Referencie

1. Caviedes - Vidal, E., Karasov, WH, Chediack, JG, Fasulo, V., Cruz - Neto, AP a Otani, L. (2008). Paracelulárna absorpcia: netopier porušuje paradigmu cicavca. PLoS One, 3 (1), e1425.
2. Davies, PL, Hew, CL a Fletcher, GL (1988). Bielkoviny nemrznúce z rýb: fyziológia a evolučná biológia. Canadian Journal of Zoology, 66 (12), 2611 - 2617.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Evolučná analýza. Prentice Hall.
4. Price, ER, Brun, A., Caviedes - Vidal, E., & Karasov, WH (2015). Tráviace úpravy vzdušného životného štýlu. Physiology, 30 (1), 69–78.
5. Villagra, PE, Giordano, C., Alvarez, JA, Bruno Cavagnaro, J., Guevara, A., Sartor, C.,… & Greco, S. (2011). Byť rastlinou v púšti: Stratégie využívania vody a odolnosť proti vodnému stresu v Central Mountain v Argentíne. Austral Ecology, 21 (1), 29–42.